劉洲洲

摘要：本文研制一個(gè)基于開關(guān)電源的多電源的并聯(lián)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，采用UC3825和UC3907作為系統(tǒng)和均流控制系統(tǒng)的核心芯片，同時(shí)采用移相式全橋變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)作為逆變電路，實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果表明它基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求，具有輸出電壓可調(diào)、輸出電流大、紋波小等特點(diǎn)。本文網(wǎng)絡(luò)版地址：http：//www.eepw.com.cn/article/164386.htm

關(guān)鍵詞：開關(guān)多電源；移相式變化器；逆變電路

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2013.9.007

*基金項(xiàng)目：陜西省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（2011K09-16）

引言

傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源[1-3]具有穩(wěn)定性能好、輸出電壓紋波小、使用可靠等優(yōu)點(diǎn)，但其通常都需要體積大且笨重的工頻變壓器與體積和重量都很大的濾波器。由于調(diào)整管工作在線性放大狀態(tài)，為了保證輸出電壓穩(wěn)定，其集電極與發(fā)射極之間必須承受較大的電壓差，導(dǎo)致調(diào)整管的功耗較大，電源效率很低，一般只有45%左右。另外，由于調(diào)整管上消耗較大的功率，所以需要采用大功率調(diào)整管并裝有體積很大的散熱器，很難滿足現(xiàn)代電子設(shè)備發(fā)展的需要。開關(guān)電源是一種采用開關(guān)方式控制的直流穩(wěn)壓電源，通過控制開關(guān)的占空比來調(diào)整輸出電壓。它以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于以電子計(jì)算機(jī)為主導(dǎo)的各種終端設(shè)備、通信設(shè)備等幾乎所有的電子設(shè)備，是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源形式。

方案設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)基本要求：實(shí)時(shí)監(jiān)控電源的輸出電壓和輸出電流。通過 RS485通信接口與上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通信，上位機(jī)可實(shí)時(shí)監(jiān)控電源的工作狀態(tài)和各種參數(shù)。具有輸出過壓、過流以及過熱等多種檢測(cè)和保護(hù)電路，帶有告警指示燈可以在線設(shè)置和修正電源的參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)。具有自動(dòng)均流功能，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的任意擴(kuò)展，滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要。指標(biāo)要求采用大功率電源設(shè)計(jì)，輸出電源0～100伏，輸出電流10A采用4組并聯(lián)，最大輸出電流40A各組電流不平衡誤差小于5%。

輸入回路將交流電通過整流模塊變換成含有脈動(dòng)成分的直流電，然后通過電容使得脈動(dòng)直流電變?yōu)檩^平滑的直流電。功率開關(guān)橋?qū)V波得到的直流電變換為高頻的方波電壓，通過高頻變壓器傳送到輸出側(cè)。最后，由輸出回路將高頻方波電壓濾波成為所需要的直流電壓或電流，主回路進(jìn)行正常的功率變換所需的觸發(fā)脈沖由控制電路提供。

在本系統(tǒng)中采用四路電源并聯(lián)，由于每個(gè)模塊的結(jié)構(gòu)相同，故在下面框圖中，只畫出來了一個(gè)模塊。其余三個(gè)模塊跟下圖中的模塊并聯(lián)，并同時(shí)受監(jiān)控電路控制。在本設(shè)計(jì)中，UC3825作為控制電路的核心，產(chǎn)生PWM波以控制主電路的電壓輸出。UC3907芯片作為均流控制系統(tǒng)的核心，用于保障四個(gè)模塊的輸出電流保持在穩(wěn)定狀態(tài)，使系統(tǒng)處于最佳的狀態(tài)。我們采用STC80S52單片機(jī)作為監(jiān)控電路的核心，單片機(jī)的任務(wù)是采集每一個(gè)模塊的輸入電壓和輸出電壓、電流，并將其數(shù)據(jù)通過通信接口電路上傳給上位機(jī)，相反，上位機(jī)同樣可以通過此電路設(shè)置系統(tǒng)的輸出參數(shù)。系統(tǒng)一個(gè)模塊的示意圖如圖1所示。

均流控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

大功率電源系統(tǒng)需要采用若干臺(tái)開關(guān)電源并聯(lián)，以滿足負(fù)載功率的要求，并聯(lián)系統(tǒng)中，每個(gè)變換器只處理較小的功率，降低了應(yīng)力，提高了系統(tǒng)的可靠性。由于大功率負(fù)載需求和分布式電源系統(tǒng)的發(fā)展，開關(guān)電源并聯(lián)技術(shù)的重要性日益增加。但是并聯(lián)的開關(guān)變換器模塊間需要采用均流措施，它是實(shí)現(xiàn)大功率電源系統(tǒng)的關(guān)鍵。用以保證模塊間電流應(yīng)力和熱應(yīng)力的均勻分配，防止一臺(tái)或多臺(tái)模塊運(yùn)行在電流極限（限流）狀態(tài)。在本設(shè)計(jì)中，采用基于最大值電流自動(dòng)均流法的集成芯片UC3907作為均流控制系統(tǒng)的核心。

電路工作過程如下：UC3907的調(diào)節(jié)放大器將模塊自身的電流和均流母線的電流相比較，當(dāng)模塊自身的電流小于均流母線的電流，即它為從模塊時(shí)，調(diào)節(jié)器使基準(zhǔn)電壓升高100mV，使輸出電壓增大，對(duì)應(yīng)的輸出電流增大。當(dāng)模塊自身的電流和均流母線的電流差不別不大時(shí)，該模塊有可能是主模塊。但是下一次，該模塊又可能是從模塊，如此循環(huán)往復(fù)。在本設(shè)計(jì)中輸出電流最大值為10A，采用電阻來檢測(cè)電流。根據(jù)芯片資料，UC3907內(nèi)部電流放大器的輸出最高電壓可達(dá)5V。為此，我取4V。根據(jù)測(cè)算，此時(shí)需要送給UC3907檢測(cè)的電壓為0.2V。UC3907內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)放大器將電壓放大器輸出電壓轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)送給光耦電路。根據(jù)所選擇的光耦電路參數(shù)，光耦電路原方電流應(yīng)小于1 mA。根據(jù)芯片資料和調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，可以得到相關(guān)參數(shù)。R1=330kΩ，R2=2kΩ，R3=10kΩ，R4=7kΩ，R5=10kΩ，R6=5kΩ，R7=10kΩ，C1=C2=0.22μF。

所以加在輸出整流二極管上最高的反壓為705.7V。輸出整流二極管流出的電流即為流過輸出濾波電感的電流，所以其有效值為11.51A。所以根據(jù)以上分析，同時(shí)考慮一定的裕量，選取RURU3O12O作為輸出二極管。該二極管的耐壓為120V，額定電流為30A。控制和保護(hù)單元電路的設(shè)計(jì)采用PWM（脈沖寬度調(diào)制）作為控制方式。在本系統(tǒng)中我們選用的PWM集成控制器為UC3825。UC3825適用于電壓型或電流型開關(guān)電源電路，實(shí)際開關(guān)頻率可達(dá)到1MHz，輸出脈沖的最大傳輸延遲時(shí)間為50ns，具有兩路大電流推拉式輸出，具有軟啟動(dòng)控制功能，并具有良好的保護(hù)功能。并采用IR2110作為驅(qū)動(dòng)芯片。過流保護(hù)我們采用了三重保護(hù)：一是在系統(tǒng)的輸入級(jí)的三相交流引入處安置熔斷保險(xiǎn)管，在系統(tǒng)出現(xiàn)短路和其它意外重大故障的時(shí)候切斷外部電源的輸入以保護(hù)系統(tǒng)免受損壞；二是在用于控制軟啟動(dòng)的觸發(fā)器后級(jí)安置熔斷保險(xiǎn)管，以防止啟動(dòng)浪涌電流的過大而破壞功率器件；三是系統(tǒng)的最主要的過流保護(hù)部分，通過對(duì)系統(tǒng)電流的檢測(cè)來控制PWM信號(hào)脈寬從而達(dá)到過流保護(hù)的目的。在本設(shè)計(jì)中，監(jiān)控單元采用STC80S52單片機(jī)作為控制核心。系統(tǒng)主監(jiān)控模塊作為一個(gè)獨(dú)立的模塊，可以監(jiān)控整個(gè)電源系統(tǒng)各單元的運(yùn)行狀況，具有對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采集、顯示及設(shè)置的功能。監(jiān)控單元還能不斷接受上位機(jī)的送來的命令，并根據(jù)命令對(duì)電源系統(tǒng)進(jìn)行操作或者將電源系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)反送給上位機(jī)，完成遠(yuǎn)程控制。

系統(tǒng)主控制程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主控制程序流程圖如圖4所示。

系統(tǒng)實(shí)際測(cè)試

（1）穩(wěn)壓測(cè)試

測(cè)試條件：Uin=15V，負(fù)載由1kΩ減少到2Ω（表1）。

（2）均流測(cè)試 （表2）。

參考文獻(xiàn)：

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